RU2015197C1

RU2015197C1 - Method of nitriding of steel blanks

Info

Publication number: RU2015197C1
Authority: RU
Inventors: Прайссер Фридрих; Зайф Рудольф
Original assignee: Дегусса Аг
Priority date: 1990-11-15
Filing date: 1991-11-14
Publication date: 1994-06-30
Also published as: YU50691A; YU47730B; DE4036381C1; JPH04268063A; JPH076053B2; CA2055541A1; BR9101780A; PL289794A1; CS336091A3; EP0485686A1

Abstract

FIELD: metal working. SUBSTANCE: steel blanks are subjected for nitriding under constant pressure above 0.2 MPa and at temperature above 425 C in gaseous atmosphere containing, wt.-%: ammonia 5-95, and nitrogen 5-95. EFFECT: improved method of nitriding.

Description

Изобретение относится к способу азотирования заготовок из стали в содержащей атомарный азот газовой атмосфере при температурах выше 425^оС и давлениях свыше 0,2 МПа. Азотированные слои образуют согласно современному уровню техники на заготовках из стальных сплавов в соляной ванне газовым или плазменным азотированием. Такие азотированные слои улучшают коррозионную стойкость, повышают прочность при истирании, а также предел усталости сталей. Они состоят из толщиной в несколько микрометров так называемого соединительного слоя на азотном диффузионном слое, которые образуются при осуществлении вышеназванных способов при проведении процессов в течение 100 ч.The invention relates to a method of nitriding steel billets comprising atomic nitrogen gas atmosphere at temperatures above 425 ^C. and pressures above 0.2 MPa. Nitrided layers are formed according to the state of the art on billets of steel alloys in a salt bath by gas or plasma nitriding. Such nitrided layers improve corrosion resistance, increase abrasion resistance, as well as the fatigue limit of steels. They consist of a thickness of several micrometers of the so-called connecting layer on the nitrogen diffusion layer, which are formed during the implementation of the above methods during the process for 100 hours

В последние годы приняло большое распространение газовое азотирование, при котором изделия из стали нагревают в атмосфере из отдающих азот газов, преимущественно в атмосфере аммиака. In recent years, gas nitriding has become widespread, in which steel products are heated in the atmosphere from nitrogen-emitting gases, mainly in an atmosphere of ammonia.

Из патента США N 2779697 известен способ азотирования сталей в газообразном аммиаке под давлением. При этом способе напорный резервуар заполняют определенным количеством аммиака и нагревают до температур между 425 и 640^оС (от 800 до 1200F), в результате чего давление аммиака возрастает в напорном резервуаре на несколько бар. При таком процессе азотированные слои получают толщиной от 20 до 40 μ м в течение около 15 ч в зависимости от количества аммиака, давления и температуры.US Pat. No. 2,779,697 discloses a method for nitriding steels in gaseous ammonia under pressure. In this method, the pressure vessel is filled with a certain amount of ammonia, and heated to temperatures between 425 and 640 ^{° C} (800 to 1200F), whereby the ammonia pressure increases in the pressure tank a few bar. In this process, nitrided layers are obtained with a thickness of 20 to 40 μm for about 15 hours, depending on the amount of ammonia, pressure and temperature.

Такой способ практически не смог получить распространения. This method was practically unable to get distribution.

Целью изобретения является создание способа азотирования заготовок из стали в содержащей атомарный азот газовой атмосфере при температуре свыше 425^оС и давлениях свыше 0,2 МПа, при котором можно получать в течение короткого времени свободный от пор соединительный слой толщиной до 50 μ м как на нелегированных, так и на легированных сталях без особой предварительной обработки.The invention aims to provide a method of nitriding steel billets comprising atomic nitrogen gas atmosphere at a temperature above 425 ^C. and pressures above 0.2 MPa, under which can be obtained in a short time free of pore joining layer thickness up to 50 μ m as unalloyed , and on alloy steels without special pre-treatment.

Эту задачу согласно изобретению решают тем, что газовая атмосфера состоит из 5 до 95 мас.% аммиака и 95 до 5 мас.% молекулярного азота, азотирование проводят при постоянном давлении. This problem according to the invention is solved in that the gas atmosphere consists of 5 to 95 wt.% Ammonia and 95 to 5 wt.% Molecular nitrogen, nitriding is carried out at constant pressure.

В качестве отдающего азот газа применяют аммиак, который при повышенных температурах распадается на водород и азот. Применение чистого аммиака (без примешивания молекулярного азота) приводит к получению соединительных слоев явно ухудшенного качества. Таким образом, в течение от 4 до 5 ч получают азотированные слои толщиной до 50 μ м. Ammonia is used as the nitrogen-giving gas, which decomposes into hydrogen and nitrogen at elevated temperatures. The use of pure ammonia (without admixture of molecular nitrogen) leads to the formation of connecting layers of clearly deteriorated quality. Thus, nitrided layers up to 50 μm thick are obtained within 4 to 5 hours.

Эти соединительные слои почти непористые. Отношение γ'-фазы к ε-фазе устанавливают при помощи параметров способа и оно составляет в самом благоприятном случае 100% γ'-фазы. Аустенитные и высокохромистые стали можно азотировать без какой-либо предварительной химической обработки. Этот способ можно использовать для азотирования заготовок любой геометрической формы и в любом количестве. Количество обрабатываемых заготовок может ограничиваться только размером используемой для этой цели печи. Камерную печь можно нагревать при абсолютном давлении, равном от 0,2 до 10 МПа, до температуры 1200^оС. Параметры обработки, то есть температуру, время, абсолютное давление, парциальное давление отдающего азот газа, можно устанавливать таким образом, что для каждого материала создаются оптимальные условия обработки. При этом благоприятными оказывались температуры азотирования, равные от 500 до 900^оС. Кроме того, важно также, чтобы в процессе азотирования в течение всего времени азотирования поддерживалось постоянное давление. Колебания давления ухудшают хорошие свойства и непродуцируемость соединительных слоев. Время обработки зависит от сорта стали и необходимой толщины слоя.These connecting layers are almost non-porous. The ratio of the γ'-phase to the ε-phase is established using the parameters of the method and it is in the most favorable case 100% of the γ'-phase. Austenitic and high-chromium steels can be nitrided without any preliminary chemical treatment. This method can be used for nitriding blanks of any geometric shape and in any quantity. The number of workpieces to be processed can be limited only by the size of the furnace used for this purpose. Furnace chamber can be heated at an absolute pressure of from 0.2 to 10 MPa, up to a temperature of 1200 ^C. The processing parameters, i.e. temperature, time, the absolute pressure, the partial pressure of nitrogen donating gas may be set such that for each material optimal processing conditions are created. When this proved favorable nitriding temperature of from 500 to 900 ^C. Furthermore, it is also important that the process of nitriding throughout the nitriding time was maintained constant pressure. Pressure fluctuations worsen the good properties and non-reproducibility of the connecting layers. Processing time depends on the grade of steel and the required layer thickness.

П р и м е р 1. Сталь с составом С 45 азотируют в напорной камерной печи при 700^оС газовой смесью, состоящей из 30 мас.% аммиака и 70 мас.% азота, при избыточном давлении, равном 2 МПа. После часа обработки образовался соединительный слой толщиной 40 μ м, у которого почти отсутствовали поры.PRI me R 1. Steel with a composition of C 45 nitrided in a pressure chamber furnace at 700 ^about With a gas mixture consisting of 30 wt.% Ammonia and 70 wt.% Nitrogen, with an excess pressure of 2 MPa. After an hour of treatment, a connective layer 40 μm thick was formed, with almost no pores.

П р и м е р 2. У быстрорежущих сталей диффузионную зону толщиной 100 μ м получают при температуре 580^оС в газовой атмосфере, состоящей из 80 мас.% аммиака и 20 мас.% азота, при давлении, равном 1 МПа, за четыре часа обработки.EXAMPLE 2. EXAMPLE speed steels 100 μ m thickness of the diffusion zone obtained at a temperature of 580 ^{° C} in a gas atmosphere consisting of 80 wt.% Of ammonia and 20 wt.% Of nitrogen, at a pressure of 1 MPa for four hours of processing.

П р и м е р 3. На стали с составом 16 МпCr 5 получают почти беспористый соединительный слой толщиной 50 μ м при температуре 550^оС в газовой атмосфере, состоящей из 70 мас.% аммиака и 30 мас.% азота, при давлении, равном 8 МПа, в течение двух часов.PRI me R 3. On steel with a composition of 16 MnCr 5 receive almost non-porous connecting layer with a thickness of 50 μm at a temperature of 550 ^about In a gas atmosphere consisting of 70 wt.% Ammonia and 30 wt.% Nitrogen, at a pressure equal to 8 MPa, for two hours.

Claims

METHOD OF NITRATION OF STEEL Billets, comprising processing in an atmosphere of ammonia at elevated pressure at a temperature above 425 ^o C, characterized in that the process is carried out at a constant pressure above 0.2 MPa, the atmosphere additionally containing molecular nitrogen in the following ratio of components, vol.% :
Ammonia 5 - 95
Molecular Nitrogen 5 - 95